【毕业学位论文】(Word原稿)基于CS构架的机房管理系统的设计与实现-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 机房管理系统的设计与实现 文作者 指导教师 (副 )教授 申请学位 工程硕士 培养单位 软件学院 学科专业 软件工程 研究方向 答辩委员会主席 评 阅 人 南开大学研究生院 二一三年五 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在著作权法规定范围内的学位论文使用权，即： (1)学位获得者必须按规定提交学位论文 (包括纸质印刷本及 电子版 )，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库； (2)为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务； (3)根据教育部有关规定，南开大学向教育部指定单位提交公开的学位论文； (4)学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所及其万方数据电子出版社和中国学术期刊 (光盘 )电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库，通过其相关网站对 外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至 校图书馆网站： 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 20 年 月 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 机房管理系统的设计与实现 姓 名 学号 答辩日期 论文类别 博士 学历硕士 硕士专业学位 高校教师 同等学力硕士 院 /系 /所 软件学院 专业 软件工程 联系电话 通信地址 (邮编 )： 备注： 是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写 (一式两份 )签字后交校图书馆，非公开学位论文须附南开大学研 究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 非公开学位论文标注说明 (本页表中填写内容须打印 ) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明为空白。 论文题目 申请密级 限制 ( 2 年 ) 秘密 ( 10 年 ) 机密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位评定委员会办公室盖章 (有效 ) 注：限制 2 年 (可少于 2 年 );秘密 10 年 (可少于 10 年 );机密 20 年 (可少于 20 年 )摘 要 I 摘 要 本 论文 所设计的机房管理系统合理利用计算机控制技术、容灾备份技术和软件技术， 既 符合普通大中专院校计算机机房的一般性 ， 又解决了 郑州 幼儿 师范 高等专科学校 机房的空间利用率低、计算机设备控制 难度高 的问题，在完善现有 机房 管理 系统的基础上，加强防火墙管理及安全机制建设， 克服了传统人工管理的弊病，使得机房管理更安全、更科学化、系统化、规范化、更快捷方便，更准确化，从而大大提高机房管理的质量，使得机房管理人员的管理 技能和效率大大提高，并为相关学校 机房 管理系统的 设计提供了 有效的决策 与 支持。 本论文 简要概括国内外高校及企业机房管理系统的研究现状，介绍和分析了郑州幼儿师范专科学校机房管理中存在的问题，依据实际应用中发现的问题得出详细的系统需求分析报告，详细阐述了系统的设计原则、设计思想以及设计目标。 设计 以远程控制机制为技术基础，依据减少人工管理、提高远程自动化效率的设计思路，提出一种基于 远程唤醒的可容灾管理系统方案， 设计了 C/网络通信技术和数据库访问技术为方法，采用的是安全性较高的 据库、 件以及容灾备份等相关 技术设计并开发了一个实际的应用系统，该应用系统实现了机器的自动巡检，远程开关机，结合课程表实现机房的自动计费等功能。 利用计算机网络建立多种不同机型的通用远程唤醒机 制，解决了郑州幼儿师范高等专科学校机房的计算机设备控制复杂的问题，在 共享数据存储 系统上建立软件信息备份系统， 以实现管理系统的数据容灾恢复功能。 事实证明 ， 该方案不仅 很好 解决了 机房管理系统的 灾后 数据恢复问题 ， 而且大幅提高了 机房公共存储空间的利用率。 关键 字 ： 机房管理 远程控制 容灾备份 I is in in to of in to of of in of On of of is of so of be be of in in in of on of to we a to is by of of we a on a is , of as of an of is in of We a on so as to of of of we a of on so as to of It is of in 录 1 目 录 第一章 绪论 . 1 第一节 课题研究背景及意义 . 1 究背景 . 1 究意义 . 2 第二节 国内外研究现状 . 2 内外计算机机房管理系统发展概况 . 2 房管理系统的比较与分析 . 3 第三节 研究内容 . 5 第二章 机房管理系统的需求分析 . 6 第一节 机房管理的问题和要求 . 6 校机房管理存在的问题 . 6 校机房管理的要求 . 7 第二节 系统的特点 . 7 第三节 系统的平台选型 . 8 第四节 系统开发策略分析与研究 . 8 第五节 系统的架构 . 9 房网络控制室部分 . 10 房局域网部分 . 10 第六节 小结 . 11 第三章 机房管理系统中的远程控制关键技术 . 12 第一节 基于 口的网络通信 . 12 利用 行网络通信 . 12 于 行编程 . 15 第二节 远程唤醒技术 . 17 程唤醒技术实现的的硬件需求与准备 . 17 程唤醒技术的实现 . 18 第三节 远程启动技术 . 19 第四节 远程修改技术 . 19 第五节 其他控制功能 . 20 第六节 小结 . 21 第四章 机房管理容灾备份系统的研究与设计 . 22 目 录 2 第一节 容灾的基本概念 . 22 第二节 容灾备份系统的关键技术 . 23 地容灾技术 . 23 据备份技术 . 24 第三节 机房容灾备份系统的构建 . 25 第四节 机房 容灾备份系统的分层设计 . 27 第五节 小结 . 31 第五章 机房管理系统的实现 . 32 第一节 系统的体系结构 . 32 第二节 系统的功能模块 . 33 器管理模块 . 33 管理模块 . 35 询与统计模块 . 36 表管理模块 . 38 灾备份模块 . 40 第三节 运行模式管理 . 41 第四节 系统的测试 . 43 统功能测试 . 44 统的非功能测试 . 44 统测试结果 . 44 第五节 小结 . 44 第六章 总结与展望 . 45 第一节 总结 . 45 第二节 展望 . 45 参考文献 . 47 致谢 . 50 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果 . 51 第一章 绪论 1 第 一 章 绪论 第一节 课题研究背景及 意义 究 背景 随着计算机在各行各业的广泛应用，计算机公用机房的建设日益普及。在教育业，针对教学和培训的机房越来越多，给教师组织教学及学生实践提供了极大的帮 助。但是，随着机房计算机的不断增多和计算机使用频率的增高，也给管理和维护计算机带来了重大的负担，怎样通过计算机控制技术，来实现更好、更规范的对机房进行设计、管理、维护的问题变得尤为重要。另一方面，网络在推动学校信息建设高速发展的同时，也成为威胁学校校园网络信息安全的首要问题，作为校园网的重要组成部分 计算机机房更加容易受到攻击和侵害。目前，各学校的计算机机房不仅要承担繁重的教学任务与学生的课余上机，同时还会承接一些社会上的培训与考试，任务繁重、安全性要求高，分布在各个机房中的服务器会存在一些重要文件和资源 ，一旦发生人为的侵害或者自然灾难，造成数据的丢失，后果不堪设想。灾难预防在计算机系统设计中叫做容灾，它并不是一个新鲜的话题。那么，怎样能够在受到侵害时，及时的将重要的资料和数据恢复，容灾备份得到了越来越多的人的重视，建立一个能够遇到人为或自然灾难时，能够通过备份内容对系统进行有效的灾难恢复，已经成为机房管理系统的研究内容。 课题结合本人实际主持设计的 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 信息系特色实训机房的建设任务，充分结合实际需求，在搭建机房管理信息系统的同时采用远程唤醒、容灾备份等关键技术来满足学校公共机房的建设要求 。作者认为该项目的开发与设计在同种类型的机房建设中有一定的适用性和实用性。 郑州幼儿 师范 高 等 专 科学校 创建于 2011 年 2 月，现有学生 4 千 余人，其中信息系 承担整个学校包括计算机应用、广告设计、电子商务等专业的上机试训任务。为了提高教学成果、增强学生动手能力，应对信息时代对教育教学提出的更高要求。学校信息系计划建设 10 余个各具特色的实训机房，来满足各系部第一章 绪论 2 的教学任务，并方便面向社会开展各种培训及考试任务。这些机房的建设面临着数量多、用户成份复杂、需要提供的服务面广、安全性要求高等现状，而且存在学生操作技能基础并不高 的特点。初学者上机时常常改动机器内部设置、误删系统文件、造成病毒感染等，往往会使计算机不能正常工作，而修复这些机器往往需要大量的精力和时间。另外机房管理员还需要经常添加应用软件，以满足教学培训的使用，给众多的机器加装软件，这也是一个繁重的任务。为了能节约机房管理员大量的时间和精力，而且能够更好的保证上机课的顺利进行，有必要实现机房软件管理维护的自动化。 究 意义 学校计算机机房，既要承担学生课内教学任务，也要接待学生自由上机以及社会考试，对机房的管理涉及面广、安全性高、任务繁重。因此，研究和设计 计算机机房管理系统，对提高机房管理水平和管理人员的工作效率以及突发灾难的应对有重要作用。其意义主要表现在： 1）实现远程唤醒技术，通过局域网络实现远程自动开机。便于日常管理和维护，减轻机房管理员的工作压力。 2）实现机房软件管理维护的自动化，便于硬件复用和共享。 3）实现机房课表排课及上机收费管理，方便上课上机与课余上机的管理。 4）能够及时对故障进行监控和排除，不影响教学任务。 5） 遇到人为或自然灾难时，能够通过备份内容对系统进行有效的灾难恢复。 同时，在设计机房管理系统时还应充分考虑 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 机房建设的实际要求，并能够在相关学校应用时具有一定的通用性，来研究和设计的。 第二节 国内外 研究现状 内 外计算机机房管理系统发展概况 关于计算机机房管理系统，国外在这一领域起步较早，已经取得了一些成第一章 绪论 3 果。 信学会下属的网络营运与管理专业委员会 (从 1988 年起每两年举办一次关于网络营运与管理专题讨论会。国际信息联合会 (1 1989年开始每两年举办一届综合网络管理专题讨论会。近年来，有许多厂商和组织推出了自己的网络管理解决方案。有一些比较有影响的：网络管理论坛的开放软件基金会 ( 。 在计算机管理系统方面，国外己经有许多成熟的产品。早期的有 惠普公司的产品 司的产品 司的产品 司的产品 司的产品 这些产品的技术先进性和实用性评测，以 司的 普公司的 司 的 国外的发达国家中有很多采用计算机辅助管理的实例。美国 “富达 ”公司的酒店计算机辅助管理系统 (即 统 )在世界上多数著名星级酒店的应用，借助 统搭建酒店业务高效处理的平台，是酒店企业提高对客户服务的效率和质量，提高经营管理水平的重要手段之一。国际商业公司 美国的 算机制造厂也利用计算机进行了管理。可以说，计算机辅助管理己深入到发达国家的方方面面。在现代管理中起到举足轻重的作用。 国内方面，由于 全球信息化的推动 ，网络管理的新思想、新技术层出不穷，近几年来，网络得到了飞速的发展，特别是在一些大中型的企业、银行金融部门、邮电行业等领域，其应用最为广泛。在我国，随着高校的校园信息化建设的进一步深入，各学校纷纷购置了大批的计算机并建立实习实训机房，以满足先进的计算机教学内容和方法。 国内，很多的公司开发了相关的机房管理软件，应用于公共机房维护和管理的软件和设备，像目前使用的各种保护卡，各种还原软件，网络对拷软件等。解决了很多企业和单位的机房管理方面的难题。但是，对于学校来说，却不能完全满足学校机房管理的需求。目前，学校的 机房管理模式可以分传统的纯人工管理模式、计算机辅助人工管理模式、计算机自动化标准管理模式。 房管理系统的 比较与 分析 目前市场上常见的机房管理系统主要有以下几种： 1) 网星机房管理系统 1 第一章 绪论 4 网星机房管理系统 1是北斗科技根据校园信息化发展的需要开发的一套管理系统。系统采用的是软硬件技术相结合，来达到管理控制的目的。在计算机中安装 控制器，此控制器控制计算机运行，在插入有效的 时，计算机才可正常运行否则自动锁定、关闭计算机。该系统主要有系统设置、上机模式设置、远程控制、历史记录、用户 管理、报表查询等功能。 2) 博思特机房管理系统 博思特机房管理系统采用智能化的导航设计，其主要特点是：界面简洁；功能齐全，稳定易用；易维护、易拓展、易管理；充分实现了对人、财、物、 作，进行实时、方便、高效的管理。 3) 万欣机房管理系统 万欣机房管理系统是一个比较大管理系统，其中包括以下的很多子系统。它包括：上网监控系统、程序监控系统、打印监控系统、硬盘保护卡、保护卡控制系统、多媒体教学系统等。其每个子系统都能单独成为一个系统来使用。 4) 这是一个国外的计算机控制与机房管理系统， 要是加装一个机顶盒，用机顶盒来控制计算机。这种形式主要是针对要求较高的计算机机房，但是在对学校的计算机机房，只是用于实训实验，其特点不能充分的发挥，而且，机顶盒的造价也比较的高。 由上面几种机房管理系统我们可以看出，目前，机房管理系统主要形式一般有四种： 第一，硬件模式，加装硬盘保护卡，保护卡控制系统。在硬件可靠的情况下能有效的管理机房机器，一旦硬件故障，会造成管理失效。 第二，软件形式，管理 系统的性价比是比较的高。这种模式更加适合在商业上以及对机房的数据要求比较高的地方，对于学校的来说，更加需要一些实际的功能。 第三，软件、硬件结合，这种形式通过加装必要的硬件和控制软件，有效的解决了管理系统的可靠性问题，维护方便，扩展性好。 第四，机顶盒的形式，它能有效的管理到每台机器，可靠性高，但它是通过控制机器的电源来实现的，而且造价高。 我们设计的机房管理系统在具备现有管理系统优点的同时，还增加了基于络通信的计算机远程控制、机房容灾以及学生的课表管理等功能。符合第一章 绪论 5 目前各学校的实际情况，对提高 学校机房管理的水平，减轻管理人员的负担，加强机房的安全性，都有着重要的意义。 第三节 研究内容 本课题所研究的机房管理系统，是针对校园网中的计算机机房提出的基于安全性自动化管理的机房建设方案。论文在目前已有的机房管理系统的基础上，以 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 机房管理系统 为 实例，对机房管理系统进行了探讨。各个章节的主要内容简述如下： 第一章 “绪论 ”，本章主要介绍国内外计算机管理系统发展的概况和机房管理系统应用现状，本课题研究的背景、意义和研究的主要工作等。 第二章 “机房管理系统需求分析 ”，本章详细分析了 郑州幼儿 师范高 等 专 科学校 机房管理存在的问题、学校机房管理的要求和目前机房解决方案，说明系统的硬件组成和运行环境以及系统的特点，全面、详细的阐述系统选型和对系统的开发策略进行分析。 第三章 “机房管理系统中的远程控制关键技术 ”，本章主要阐述了系统对 远程计算机控制的相关技术。 包括 利用 口实现网络通信，在此基础上 实现远程唤醒、远程开机 和 远程传输等技术 。 第四章 “机房管理容灾备份系统的研究与设计 ”， 详细分析机房容灾备份系统的相关技术和设计原理。 第五章 “机房管理系统的实现 ”，本章系统详细介绍了机房管理系统的实现 ，包括系统的基本构架，展示了系统相关模块的界面及功能描述。 第六章 “总结与展望 ”，本章总结了机房管理系统开展的研究工作，以及对未来工作的展望。 第二章 机房管理系统的需求分析 6 第二章 机房管理系统的需求分析 第一节 机房管理的问题和要求 校机房管理存在的问题 传统的机房管理模式已经不能适应现状，随之而来的是各种管理问题和矛盾。总体来说，目前许多学校机房管理存在不同程度的问题。本文以 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 机房管理中存在的问题为例，主要表现在以下几个方面。 1）管理工作量大 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 新建和改造的 10 余个特色机 房中，全部通过局域网与互联网相连。在推进学校的教学改革以后，要求在完成正常的教学任务以外，在课余时间完全开放机房，以满足学生对 需求。在整个上机过程中，管理人员需要及时完成正常上课与课外上机的转换。并且，随时进行上下机检查登记、人数核查、超时检查等工作，特别是在上下机的高峰或机房较大、计算机数量教多的情况下，往往需要增加更多的工作人员值班才能否应对，造成管理混乱和费用增加等问题。 2) 维护工作量大 由于机房与机器数量的增加，开放的机房必定导致大量的维护工作，许多机器在长时间使用中会出现问题 ，致使计算机故障。计算机技术的发展，软件的更新速度日益加快，要求机房的软件要及时更新，但是落后的管理手段和先进的技术设备形成巨大反差，会造成工作人员很忙，机房管理却一团糟。 3) 资源未能充分利用 现行的管理模式造成的监管功能不完善，即使机房有空闲，也较难对学生提供更多的上机时间，无法实现机房的全天候开放，导致机房实际使用率低；学生不能方便地支配自己的上机时间；学校无法灵活调整不同类型学生上机的时间段，造成资源的浪费。 4) 机房容灾备份的缺失 学校的机房中运行的一些主要服务器，如：学生信息服务器，教学资源 服第二章 机房管理系统的需求分析 7 务器，计费服务器等，这些服务器可能分布在不同建筑的不同机房内，存储着机房教学资源、学生上机管理的全部数据。一旦发生数据丢失，后果不堪设想，学校的服务器被 “黑 ”的事件时有发生，带来了不小的损失。校园网数据的快速增长及其对高可用性、安全性的要求，刺激了容灾备份技术在机房的应用。 校机房管理的要求 鉴于 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 机房管理中存在的问题，对机房管理软件的设计提出以下要求： 1) 开放机房的同时能兼顾教学计划上机 在完全开放、完全自由上机的同时，也要兼顾封闭式计划上机的需要，以便同时安排好 计划式上机的教学工作，以保证基本教学任务的完成。 2) 机房能够方便管理人员的管理和维护 运用计算机控制技术，实现机器的自动巡检，远程唤醒等远程控制的功能，达到机房智能管理的要求，减轻管理人员的工作量。 3) 灾难备份的重要 针对机房的实际容灾备份需求，设计一个应用级异地容灾备份系统。 第二节 系统的特点 针对 郑州幼儿师范高 等 专 科学校 机房管理中存在的问题，以及建设的要求。该系统由以下特点： 1) 灵活性和方便性 灵活的上机设置，方便学生上课上机和课余上机管理；多极分权管理，不同级别人员有不同操作使用权限。 2) 高效性 提供远程唤醒、开机、关机服务；提供远程传输文件、巡检；能够远程修改计算机名等。能够进行系统克隆，以及软件传输、更新功能，便于维护人员进行机房的整理。能够提供远程修改计算机名和 址，不仅能提高准确度，而且大大提高工作效率，降低管理人员的工作量。 3) 安全性 第二章 机房管理系统的需求分析 8 在机房的实际管理中，备份是一项繁重的任务。不仅要小心翼翼，防止出现错误的操作，造成数据的丢失，还要防止被 “黑 ”。建立容灾备份系统，能够实现定时自动备份。对于突发的人为攻击事件和自然灾难，要有及时恢复丢失数据的反应能力，缓解机房管理员的压 力。 第三节 系统的平台选型 系统所选择的平台是日后工作应用的支柱和基础，在研究开发机房管理信息系统之前，首先应确定相应的开发平台，这样，开发出的应用系统才具有一定的实际意义。 1）平台体系结构选取 平台体系结构已经从过去单用户体系发展到今天的文件 /服务器 (系、客户机 /服务器 (系和浏览器 /服务器 (系。当今世界开发模式技术架构的两大主流技术是 C/S 和 B/S。针对机房管理的业务特点，机房管理信息系统采用当前业界流行并且技 术非常成熟的 C/S 开发模式。 C/S 模型 2具有以下特点： 交互性强。 具有强壮的数据操纵和事务处理能力。 严密的数据安全性和完整性约束，提供了更安全的存取模式。 降低网络的通信量，减轻网络负载。 在局域网的小范围内可以实现高速控制。 2）服务器操作系统平台 服务器承载着繁重的处理工作，所以服务器的操作系统 4应该是高效的、健壮的、稳固的、安全的。根据本系统的应用特点以及 003 典型的应用环境，选用 003 作为本系统的网络操作系统 5。 3）数据库系统平台 针对本系统的应用特点和 具有的特征，本系统选用 S ，作为数据库的平台。 第四节 系统开发策略分析与研究 为了使系统能够在有限时间内完成开发，且保证系统可靠性和高效性以及低代价维护，在系统开发中着重考虑应用分而治之的开发策略 7和复用技术。 1）分而治之 第二章 机房管理系统的需求分析 9 分而治之是指把一个较为复杂的问题分解为若干个简单的问题，逐个解决。其中着重考虑的问题有：复杂问题分解后，每个问题能否用程序实现，所有程序最终是否能集成为一个软件系 统去有效解决复杂问题等等。系统中使用了分而治之的策略，将原本复杂的问题分解为若干个小问题，逐个解决。 2）软件复用 8 软件复用 ( 指软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程。软件复用之所以变得越来越重要，一个重要的原因是因为面向对象技术和基于组件的技术的成熟和实用。软件复用的好处 9： (1)周期时间缩短。通过复用现存的软件，可以极大地缩短软件的开发周期。 (2)提高质量。软件部件在正式发行之前，都经过了广泛的测试和验证。 (3) 维护代价降低。如果某个人要对软件部 件负责，也就是他要对软件部件将来的维护和升级负责。 第五节 系统的架构 系统的架构由机房网络控制室、机房服务器、学生机等几个部分组成，如图 示。 图 统的基本架构 第二章 机房管理系统的需求分析